დღეს ნაწილაკების ამაჩქარებლებზე საუბრისას ალბათ პირველ რიგში უზარმაზარი სამეცნიერო კომპლექსები გვახსენდება. მაგალითად, CERN-ის დიდი ადრონული კოლაიდერის რგოლის გარშემოწერილობა 27 კილომეტრია და ის მიწისქვეშა გვირაბშია განთავსებული.

მეორე მხრივ, თანამედროვე გიგანტური ამაჩქარებლების ერთ-ერთი მთავარი წინაპარი იმდენად პატარა იყო, რომ ხელისგულზე დაგეტეოდათ.

და რაც მთავარია, მის ასაწყობად მილიარდები ნამდვილად არ დახარჯულა.

მისი ისტორია დაახლოებით ერთი საუკუნის წინ, 1920-იანი წლების ბოლოს დაიწყო.

როგორ შევიხედოთ ატომის შიგნით?

იმ დროისთვის ფიზიკოსებმა უკვე იცოდნენ, რომ ატომი განუყოფელი არ იყო. აღმოჩენილი ჰქონდათ ელექტრონი, რეზერფორდის ექსპერიმენტებმა კი აჩვენა, რომ ატომის თითქმის მთელი მასა ძალიან პატარა ბირთვში იყო თავმოყრილი.

ბუნებრივია, შემდეგი კითხვა იყო: რა ხდება თავად ბირთვში?

ამის გასარკვევად ერთ-ერთი გზა საკმაოდ პირდაპირი აღმოჩნდა: ბირთვისთვის სხვა ნაწილაკები უნდა "ესროლათ" და ენახათ, რა მოხდებოდა შეჯახებისას.

ცოტა უხეშად ჟღერს, მაგრამ ნაწილაკების ფიზიკაში ეს მიდგომა დღემდე საოცრად ეფექტიანია.

პრობლემა ის იყო, რომ ნაწილაკებს ბირთვამდე მისაღწევად დიდი ენერგია სჭირდებოდა. დამუხტული ნაწილაკების აჩქარება ელექტრული ველით შეიძლებოდა, თუმცა რაც უფრო მაღალი ენერგია იყო საჭირო, მით უფრო მაღალი ძაბვის შექმნა ხდებოდა აუცილებელი. ეს კი ტექნიკურად სულ უფრო რთულდებოდა.

საჭირო იყო სხვა ხერხი...

რატომ უნდა ააჩქარო ნაწილაკი მხოლოდ ერთხელ?

1929 წელს კალიფორნიის უნივერსიტეტის ახალგაზრდა ფიზიკოსი ერნესტ ლოურენსი ნაწილაკების აჩქარების პრობლემაზე მუშაობდა.

მასზე მნიშვნელოვანი გავლენა მოახდინა ნორვეგიელი ფიზიკოსის, როლფ ვიდეროეს ნაშრომმა, რომელშიც ნაწილაკისთვის ენერგიის ეტაპობრივად მიცემის იდეა იყო გამოყენებული.

ლოურენსმა ამ პრინციპს ახალი მიმართულება მისცა.

თუ ნაწილაკისთვის საჭირო ენერგიის ერთბაშად მიცემა რთულია, რატომ არ შეიძლება მცირე ენერგია ბევრჯერ მივცეთ?

წარმოიდგინეთ ბავშვის საქანელა. იმისთვის, რომ სულ უფრო მაღლა ავიდეს, ერთი გიგანტური ბიძგი არ არის საჭირო. თუ ყოველ ჯერზე სწორ მომენტში პატარა ბიძგს მისცემთ, ენერგიას თანდათან დააგროვებს.

ლოურენსის იდეაც დაახლოებით ასეთი იყო, ოღონდ საქანელაზე ბავშვის ნაცვლად დამუხტული ნაწილაკი გვაქვს.

მაგნიტური ველი მას მრუდ ტრაექტორიაზე ამოძრავებდა, ელექტრული ველი კი ყოველი შესაბამისი გავლისას დამატებით ენერგიას აძლევდა.

ნაწილაკი ისევ და ისევ გადიოდა ამაჩქარებელ არეში, სულ უფრო მეტ ენერგიას იძენდა და თან უფრო დიდი რადიუსის ტრაექტორიაზე მოძრაობდა.

ასე გაჩნდა ციკლოტრონი.

ერთი უზარმაზარი ბიძგის ნაცვლად ბევრი პატარა ბიძგი.

ამაჩქარებელი, რომელიც ხელისგულზე ეტეოდა

პირველი ექსპერიმენტული ციკლოტრონები თანამედროვე ამაჩქარებლებს საერთოდ არ ჰგავდა.

1930 წელს ლოურენსმა და მისმა სტუდენტმა ნილს ედლეფსენმა დაახლოებით 10-სანტიმეტრიანი ექსპერიმენტული მოდელი ააწყვეს. ადრეულ კონსტრუქციებში ისეთი ჩვეულებრივი მასალებიც კი გამოიყენებოდა, როგორიც მინა, სპილენძი და ცვილი იყო.

შემდეგ ლოურენსმა და მისმა სტუდენტმა მ. სტენლი ლივინგსტონმა დაახლოებით 13-სანტიმეტრიანი მოქმედი მოდელი შექმნეს.

1931 წლის 2 იანვარს ამ პატარა მოწყობილობამ წყალბადის იონები დაახლოებით 80 000 ელექტრონვოლტ ენერგიამდე ააჩქარა.

ყველაზე საინტერესო კი ის იყო, რომ ამისთვის ათიათასობით ვოლტის ერთბაშად შექმნა არ დასჭირვებიათ. ნაწილაკები ენერგიას მრავალჯერადი აჩქარების შედეგად აგროვებდა.

სხვა სიტყვებით, პატარა მანქანამ დაამტკიცა, რომ ლოურენსის ხრიკი მუშაობდა.

შემდეგ დაიწყო ზომაში ზრდა

როგორც ხშირად ხდება, როდესაც მეცნიერებმა დაინახეს, რომ რაღაც მუშაობდა, მაშინვე უფრო დიდი ვერსიის აშენება მოინდომეს.

ლოურენსის გუნდმა დაახლოებით 28-სანტიმეტრიანი ციკლოტრონი ააგო, რომელმაც ნაწილაკები უკვე მილიონ ელექტრონვოლტზე მეტ ენერგიამდე ააჩქარა.

შემდეგ გაჩნდა კიდევ უფრო დიდი მოწყობილობები...

ციკლოტრონი ბირთვული ფიზიკის ერთ-ერთ უმნიშვნელოვანეს ინსტრუმენტად იქცა. მისი საშუალებით მეცნიერებმა ბირთვული რეაქციების გამოწვევა და ახალი იზოტოპების წარმოება შეძლეს. ხელოვნურად მიღებულმა რადიოაქტიურმა იზოტოპებმა მოგვიანებით მნიშვნელოვანი გამოყენება მედიცინაშიც ჰპოვა.

1939 წელს ერნესტ ლოურენსმა ციკლოტრონის გამოგონებისა და განვითარებისთვის ფიზიკაში ნობელის პრემია მიიღო.

დღეს კი მასშტაბი სრულიად სხვაა... დიდ ადრონულ კოლაიდერში ნაწილაკები უკვე 27-კილომეტრიან რგოლში მოძრაობს და თითქმის სინათლის სიჩქარეს აღწევს.

ერთი შეხედვით, თანამედროვე LHC-სა და ლოურენსის ხელისგულის ზომის მოწყობილობას ერთმანეთთან ბევრი არაფერი აკავშირებს.

და მაინც, მათ უკან ერთი და იგივე ძალიან ადამიანური იდეა დგას: თუ რაღაცას ერთი დიდი ბიძგით ვერ აკეთებ, სცადე ბევრი პატარა ბიძგი.

დაახლოებით 10-სანტიმეტრიანმა ექსპერიმენტულმა მოწყობილობამ აჩვენა, რომ ეს პრინციპი ნაწილაკებზეც მუშაობდა.

დანარჩენი უკვე ნაწილაკების ფიზიკის ისტორიაა.

თუ სტატიაში განხილული თემა და ზოგადად: მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სფერო შენთვის საინტერესოა, გამოიწერე ჩვენი YouTube არხი და უყურე თემატურ ვიდეოებს.